火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)礦井火災(zāi)自然發(fā)火本文介紹了JSG-8型礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)的特點、組成、原理、使用過程中的注意事項，以及在陽煤集火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)礦井火災(zāi)自然發(fā)火
    本文介紹了JSG-8型礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)的特點、組成、原理、使用過程中的注意事項，以及在陽煤集團石港公司的建立運行，利用遍布井下的束管網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對井下密閉區(qū)域、回采工作面及高冒區(qū)等地點的循環(huán)監(jiān)測。通過抽樣分析，為礦井防治自然發(fā)火工作提供了科學(xué)、準確的數(shù)據(jù)。
    1引言
    石港公司14#煤層自燃傾向性等級屬于一類，容易自燃，全硫4.32%，吸氧量為1.25cm3/g干煤，最短自然發(fā)火期為33天；15#煤層自燃傾向性等級屬于二類，容易自燃，全硫2.62%，吸氧量為0.71cm3/g干煤，最短自然發(fā)火期為76天。為此石港公司亟需上一套監(jiān)測系統(tǒng)，對井下氣體含量變化趨勢做出分析，以便及時預(yù)測預(yù)報14#、15#煤層自然發(fā)火程度，對煤礦防滅火工作有著重要意義。
    井下煤層自然發(fā)火將直接影響煤礦安全生產(chǎn)，煤層自然發(fā)火嚴重時將引起礦井瓦斯爆炸，尤其是高瓦斯礦井。如何準確監(jiān)測、預(yù)報煤層自然發(fā)火，為煤礦防滅火提供科學(xué)依據(jù)，是當(dāng)前煤炭安全生產(chǎn)的重要任務(wù)。
    如何準確監(jiān)測、預(yù)報煤炭自然發(fā)火，為防滅火提供科學(xué)依據(jù)是石港公司目前亟需解決得問題，也是當(dāng)前煤炭安全生產(chǎn)的重要任務(wù)之一。
    通過礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)，就能夠?qū)ΡO(jiān)測地點的CO、CO2、CH4、O2、C2H4、C2H2、C2H6、N2氣體含量變化趨勢做出分析，從而對煤炭自然發(fā)火標志氣體C2H4、C2H2、C2H6及滅火標志氣體N2提前進行預(yù)報，這樣對及時預(yù)測預(yù)報14#煤層、15#煤層自然發(fā)火情況具有非常重要的意義，為石港公司14#煤層、15#煤層的火災(zāi)隱患、瓦斯防治提供科學(xué)依據(jù)。
    2礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)簡介
    JSG-8型礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)是通過束管取樣分析礦井采空區(qū)、密閉區(qū)、高冒區(qū)、巷道及其它地點的CO、O2、CO2等氣體濃度，預(yù)報煤礦自然火災(zāi)的成套裝置。
    2.1束管監(jiān)測系統(tǒng)的組成
    JSG-8型礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)具有微機分析與控制、色譜高精度分析、束管負壓運載氣體三項高新技術(shù)。它具有獨特的數(shù)據(jù)分析功能，在束管檢測下，系統(tǒng)自動將分析數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并用數(shù)據(jù)分析某一采樣點的氣體量在一段時間內(nèi)的變化趨勢。該系統(tǒng)共有7大部分組成：
    束管部分：由粉塵過濾器、束管、單管、分路箱等組成，其作用是運載井下氣體。
    控制部分：由輸出控制接口板，電磁閥驅(qū)動電路，抽氣泵，自動進樣器等組成，它們各自裝在微機和控制柜內(nèi)，其作用是按規(guī)定順序和時間將氣體送入氣相色譜儀中。
    氣體分析部分：由氣相色譜分析儀，專用輸入輸出接口，載氣接口等組成。其作用是將氣體進行分析并送入采樣接口板中。
    數(shù)據(jù)采樣部分：由數(shù)據(jù)采樣接口板、采樣程序組成，用以采集色譜儀傳來的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)預(yù)報處理。
    數(shù)據(jù)分析部分：由測控軟件內(nèi)的數(shù)據(jù)分析、圖形顯示、譜圖檢測、計算結(jié)果等組成，通過分析將采樣數(shù)據(jù)形成分析報告及譜圖。
    2.2束管監(jiān)測系統(tǒng)工作原理
    系統(tǒng)工作時，啟動抽氣泵，束管內(nèi)形成負壓，井下外部的壓力大于束管內(nèi)的壓力，使井下氣體被吸入束管，到達井上的電磁閥前并處于等待檢測狀態(tài)。氣相色譜儀達到穩(wěn)定工作狀態(tài)后，微機通過控制接口板輸出一個開關(guān)量給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路的繼電器吸合，接通某一束管的電磁閥，該路束管的氣體被送入色譜儀中，由色譜儀開始分析。色譜儀的分析結(jié)果被送到微機內(nèi)的數(shù)據(jù)采樣接口板上，經(jīng)過信號放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后由分析軟件進行處理，形成譜圖和分析結(jié)果，分別在屏幕和打印機上出現(xiàn)，完成某一路束管氣體的檢測分析過程。
    2.3束管監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)
    表1束管監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
    12-48路
    12-48路氣體采樣電磁閥
    循環(huán)監(jiān)測或人工設(shè)定
    O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H28種氣體
    常量分析時，≤O.1%；微量分析時，≤1ppm
    30km
    2.4束管的敷設(shè)及布點原則
    束管敷設(shè)管道內(nèi)的高度一般不低于1.8m，用吊臺掛鉤吊掛，敷設(shè)要平、直、穩(wěn)，與動力電纜之間的距離不應(yīng)小于0.5m，并要避免與其他管線交叉。束管入口處必須安設(shè)濾塵器，整條束管至少安設(shè)3個濾水器。
    監(jiān)測點應(yīng)選在圍巖穩(wěn)定、前后5m范圍內(nèi)無分支巷道并靠近巷道末端，監(jiān)測點應(yīng)設(shè)置在距巷道頂板0.5m處巷道中。超過煤層自然發(fā)火期的分層工作面的監(jiān)測點，應(yīng)設(shè)在上分層回風(fēng)側(cè)的停采線處；回采巷道在上分層出現(xiàn)過升溫點處，要靠頂板設(shè)監(jiān)測點；各分層巷道有通風(fēng)設(shè)施時應(yīng)在該設(shè)施回風(fēng)側(cè)1m的頂板上設(shè)點；采區(qū)內(nèi)丟煤處，巷道內(nèi)錯、外錯，丟頂煤，留三角煤，分層巷道的盲巷及溜煤眼上方均應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點；采掘工作面有明顯升溫征兆的區(qū)段，必須設(shè)置監(jiān)測點；火區(qū)密閉必須設(shè)監(jiān)測點。
    2.5束管監(jiān)測系統(tǒng)的防堵、防漏和防凍
    為了防止束管因塵埃和冷凝水堵管，應(yīng)在監(jiān)測點進氣口處設(shè)置濾塵器和濾水器。從吸氣口至井底的束管管路中還需要安設(shè)濾水器，其數(shù)量應(yīng)根據(jù)吸氣口和束管沿途的溫度差來確定，一般不少于3個。
    為防止束管與束管、束管與分束管聯(lián)接處漏氣，束管與束管之間用直徑10m的銅管聯(lián)接，所有接口均用環(huán)氧樹脂封閉。此外，應(yīng)采取具體措施防止鉆孔到分析室的束管或氣纜因冬季地面氣溫低造成結(jié)露凍結(jié)。
    3束管監(jiān)測系統(tǒng)在石港公司的應(yīng)用
    我公司束管監(jiān)測系統(tǒng)于2008年10月21日安裝調(diào)試完畢，在調(diào)試完畢后首先在我公司15101首采工作面試運行。
    我公司15101工作面于07年9月19日開始試生產(chǎn)，12月26日工作面發(fā)現(xiàn)明火被迫封閉。08年8月份根據(jù)集團公司氣樣分析，15101工作面已具備啟封條件，在啟封過程中，由于回風(fēng)底鼓嚴重，進風(fēng)200米處冒頂，分別對15101進、回風(fēng)順槽進行縮封，同時在15101進、回風(fēng)及尾巷埋設(shè)束管，構(gòu)建15101井下束管網(wǎng)絡(luò)。在處理進風(fēng)冒頂期間，由于煤層復(fù)燃，又對回風(fēng)、進風(fēng)、尾巷及防火措施巷進行了封閉。
    3.1束管監(jiān)測系統(tǒng)管路工程
    從地面束管監(jiān)測機房的終端接線箱引出束管，沿瓦斯管路斜井鋪設(shè)，并在中下部安裝一16路分路箱，然后16芯束管延伸至15101進風(fēng)系統(tǒng)巷，在15101進風(fēng)系統(tǒng)巷設(shè)一16路分路箱，其中13芯束管繼續(xù)延伸至15101瓦斯尾巷處的13路分路箱，然后接單管至15101高抽巷、15101瓦斯尾巷、15101回風(fēng)巷等處；另外3芯從15101進風(fēng)系統(tǒng)巷的16路分路箱接單管至15101進風(fēng)端頭、落山及高冒區(qū)。從而在我公司15101首采工作面的自燃危險區(qū)建立自然發(fā)火觀測站，進行系統(tǒng)的、定期的觀測。
    3.2束管測點埋設(shè)
    我公司15101首采工作面現(xiàn)為火區(qū)，不能正常回采，就目前來說，我們在15101工作面各巷道埋設(shè)的束管監(jiān)測管路為1#束管、2#束管、3#束管、6#束管、8#束管、11#束管、12#束管、13#束管、14#束管、16#束管。束管布置圖如下圖。
    在15101工作面正常續(xù)采后，各巷道埋設(shè)束管監(jiān)測管路為防火措施巷埋3路，間距50米交替布置監(jiān)測點；尾巷落山側(cè)埋3路，間距30米交替布置監(jiān)測點，尾巷口1路；回風(fēng)落山埋3路，間距30米交替布置監(jiān)測點，落山1路，回風(fēng)1路。束管布置圖如下圖。
    3.3束管監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用分析
    通過束管監(jiān)測系統(tǒng)對15101首采工作面的氣體檢測，提供14#煤層、15#煤層的自然發(fā)火依據(jù)，特別是在15101采空區(qū)、巷道高冒、封閉火區(qū)等地點，人員難以進入的“死區(qū)”，提供非人力所能為的監(jiān)測手段。為火區(qū)啟封，礦井瓦斯事故救災(zāi)提供有效的數(shù)據(jù)。
    在2008年10月29日前后，通過束管監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)15101工作面巷道內(nèi)氣體變化比較明顯，特別是進風(fēng)巷CO有增高的趨勢，于是通風(fēng)工區(qū)根據(jù)這個情況封閉了15101進風(fēng)巷，并不間斷往15101進風(fēng)巷注氮氣。
    表215101進風(fēng)氣體含量變化趨勢分析報告
    在2008年11月7日開始對15101進風(fēng)巷打鉆探高冒區(qū)，并通過15101防火措施巷向15101進風(fēng)巷注MEA高分子阻化劑，根據(jù)15101進風(fēng)氣體含量變化分析結(jié)果，在15101進風(fēng)巷CO、T降低后，通風(fēng)工區(qū)決定再向15101進風(fēng)巷壓注LFM輕型充填材料，這樣就為滅火提供了參考依據(jù)。
    通過束管監(jiān)測，判斷火區(qū)狀況，從而避免對火區(qū)盲目投入成本，對生產(chǎn)效益起到一定的節(jié)支作用。比如由于束管監(jiān)測系統(tǒng)能監(jiān)測N2指標，就為氮氣滅火提供了資料和數(shù)據(jù)，當(dāng)往火區(qū)注液氮時可根據(jù)束管監(jiān)測出來的N2含量指標，能夠清楚的知道井下的情況，避免注氮氣不足起不到防滅火效果而起不到防滅火效果或往火區(qū)不停地注液氮造成經(jīng)濟損失；或者有人員進入“死區(qū)”檢查，一旦造成人員傷亡，那將是不可估量的損失。
    3.3束管監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)缺點
    3.3.1束管監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點
    JSG-8束管監(jiān)測系統(tǒng)一次進樣能分析CO、CO2、CH4、O2、C2H4、C2H2、C2H6、N2八組份氣體，分析時間不大于15mim；通過監(jiān)測報表或趨勢曲線及時準確進行自燃火災(zāi)預(yù)測預(yù)報，并對發(fā)火危險性進行判別。
    數(shù)據(jù)庫記錄：有相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲和檢索功能，對歷史數(shù)據(jù)進行分析比較。采用開放式數(shù)據(jù)存儲格式、實現(xiàn)分析數(shù)據(jù)的共享。
    對井下不經(jīng)常檢測的地點，為節(jié)省投資可以不輔設(shè)束管，由人工采樣，手動進樣色譜儀進行檢測，檢測結(jié)果在微機顯示、貯存和打印。
    3.3.2束管監(jiān)測系統(tǒng)的缺點
    束管單管容易斷裂是束管的一個缺點。此外每次氣體檢測都是先通過循環(huán)真空泵對井下氣體預(yù)抽120分鐘，待置換完管內(nèi)氣體后，然后通過色譜儀對所采集氣體進行分析，由于每個地點的氣體進樣時間僅為2分鐘，這樣對于漏風(fēng)比較嚴重的地點就會出現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)相差較大的現(xiàn)象。為了更確切的反應(yīng)各地點的氣體含量趨勢變化情況，我們在束管監(jiān)測的同時，輔以人工檢定管測定和瓦斯探頭進行監(jiān)測，并時常進行人工取樣分析，以此確保監(jiān)測地點氣體的真實情況。
    4結(jié)束語
    通過建立礦井束管監(jiān)測系統(tǒng)，能夠通過束管取樣分析礦井采空區(qū)、密閉區(qū)、巷道中的CO、CO2、CH4等氣體的濃度，經(jīng)過測定分析及時預(yù)報，為煤礦自燃火災(zāi)和瓦斯監(jiān)控工作提供科學(xué)依據(jù)。同時能主動監(jiān)測預(yù)報井下氣體及自燃火災(zāi)隱患，使得煤礦安全綜合防治由被動變?yōu)橹鲃?，井下安全防治工作可實現(xiàn)“對癥下藥”，避免了缺乏科學(xué)數(shù)據(jù)、盲目治理的弊端，既為煤礦科學(xué)管理提供保障，又為煤礦節(jié)約了經(jīng)濟成本，意義重大。
    礦山管理人員可以通過該系統(tǒng)掌握各地點氣體的數(shù)據(jù)來了解礦井的狀況，特別是井下人員無法進入的區(qū)域，它具有其它監(jiān)測手段無法替代的優(yōu)點，是采空區(qū)內(nèi)因火災(zāi)早期預(yù)報的有效技術(shù)途徑。同時礦山管理人員還可以偵測出早期自燃發(fā)火、爆炸的氣體指標，以便有效地控制潛在的煤礦自燃發(fā)火和爆炸風(fēng)險，為煤礦自燃火災(zāi)和礦井瓦斯事故的防治工作提供科學(xué)依據(jù)，從而對礦井的井下瓦斯、通風(fēng)系統(tǒng)做到最好的管理，降低了礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸發(fā)生的機率，從而減少礦井安全事故。
    同時針對束管監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦井下防滅火工作應(yīng)用中存在的問題，只有提出執(zhí)行規(guī)范的技術(shù)標準，選擇優(yōu)秀的檢測分析專業(yè)人員，制定嚴格的綜合管理保障體系，才能為煤礦安全生產(chǎn)提供科學(xué)、準確的數(shù)據(jù)。
    在15101工作面幾次啟封過程中，我們根據(jù)這套系統(tǒng)來指導(dǎo)井下的滅火工作，并取得了一定的成效。
    目前我公司礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過近四個月的運行，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，能滿足礦井防滅火監(jiān)測監(jiān)控管理的需要。